《计算机网络( Computer Networks )》教学大纲
制定时间: 2025 年4 月
一、课程基本信息
(一)适用专业:物联网工程 计算机科学与技术 智能科学与技术
(二)课程代码:3ZN1077A
(三)学分/课内学时:4 学分/64 学时
(四)课程类别:专业教育
(五)课程性质:必修/理论课
(六)先修课程:《物联网工程导论》、《 C 语言程序设计》、《数据结构》
(七)后续课程:《云网络系统集成》《物联网通信技术》《自动识别技术》
二、课程教学目标
《计算机网络》是工科高等学校物联网工程、计算机科学与技术、智能科学与技术、软件工程专业的一门主干专业基础课,在培养学生创造性思维、综合设计能力和网络实践能力方面占有重要的地位。
本课程主要任务是通过线上线下课堂教学、实验教学等环节培养学生的创新意识,鼓励他们将所学知识应用于社会实践,为国家和社会的信息化建设贡献力量。主要学习内容包含掌握网络的体系结构、网络的层次、协议及其工作原理,掌握计算机网络的基本理论、基本方法和基本技能,能熟练运用计算机网络解决各种复杂问题,具备知识综合运用能力,在学习过程中,学生应培养科学探索精神和严谨求实的态度,认识到计算机网络技术对于国家信息化建设的重要性,增强民族自豪感和责任感。同时,通过团队合作和课程实验,培养学生的协作精神和创新意识,为成为具有高尚职业道德和社会责任感的计算机网络专业人才打下坚实基础。支撑毕业要求中的相应指标点。课程目标及能力要求具体如下:
(一) 具体目标
目标 1:能够理解计算机网络的分层架构及各层核心协议,掌握本课程必需的数学、自然科学、工程基础和专业知识,认识到计算机网络技术对于国家信息化建设的重要性,具备利用计算机网络专业知识结合图论、通信原理等相关内容对实际工程中的网络进行识别、分析并能够建立准确的通信模型的能力。(对应毕业要求指标点 2.2 )
目标 2:能够利用基本的计算机通信原理、方法和协议,并能够使用工具(如Wireshark)进行协议分析,对网络中的工程问题进行分析和故障排查,并能设计方案以解决实际问题。培养学生的实践能力和创新精神,鼓励他们将所学知识应用于社会实践。(对应毕业要求指标点 2.3 )
目标 3:能够结合国家重大工程案例针对物联网工程领域的复杂工程问题,运用网络规划设计方法,分析、选择恰当的计算机软硬件技术和工具,规划设计网络系统,对复杂工程问题进行预测与模拟,实现计算机网络的综合运用。(对应毕业要求指标点 5.1 )
(二)课程目标与毕业要求的对应关系
毕业要求 |
毕业要求指标点 |
课程目标 |
教学单元 |
评价方式 |
2:能够综合应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,通过文献研究,对物联网领域的复杂工程问题进行识别、表达和分析, 以获得 有效结论。 |
指标点 2.1: 能运用数学、自然科学、工程科学与技术和计算机专业的基本原理,识别、判断物联网领域复杂工程问题的关键环节,并能有效分解。 |
目标 1 |
计算机网络基本概念、体系结构 、基本术语、TCP/IP体系结构 |
平时作业 试卷考核 |
指标点 2.3:能运用数学、自然科学和工程科学与技术和计算机专业的基本原理,分析物联网领域的复杂工程问题及其影响因素,并结合文献研究,确定合理的方案,获得有效结论。 |
目标 2 |
物理层、数据 链路层、网络层、运输层、无线网络与移动网络、新兴技术 |
平时作业 实验 试卷考核 |
5.使用现代工具:能够针对物联网领域复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,包括对物联网领域复杂工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性。 |
指标点5.2能够针对物联网领域的复杂工程问题,选择与使用计算机软、硬件技术、物联网协议及算法仿真等工具进行分析、计算及设计。 |
目标 3 |
数据链路层 、网络层、运输层、应用层、无线网络与移动网络、网络安全 |
平时作业 试卷考核 实验 |
7.工程伦理和职业规范。有工程报国、为民造福的意识,具有人文社会科学素养和社会责任感,能够理解和践行工程伦理,在物联网工程实践中遵守工程职业道德、规范和相关法律,履行责任。 |
指标点7.2理解工程伦理的核心理念,了解物联网及其相关领域工程师的职业性质和责任,在工程实践中能自觉遵守职业道德和规范,履行社会责任,体现良好的职业素质和法律意识 |
目标 3 |
网络安全 |
平时作业 试卷考核 实验 |
三、教学内容与方法
(一)教学内容及要求
序号 |
教学单元 |
教学内容 (知识点 ) |
学习产出要求 |
推荐学时 |
推荐教 学方式 |
支撑 教学目标 |
备注 |
1 |
引论 |
1. 计算机网络在信息时代中的作用 2. 因特网概述、因特网的组成 3. 计算机网络在我国的发展 4. 计算机网络的类别、性能、体系结构 案例:华为5G标准制定:分析3GPP会议中中国代表团如何突破技术封锁,掌握5G标准必要专利(培养国际竞争意识) |
1. 清楚计算机网络的作用及发展概况; 2. 了解计算机网络的组成; 3. 能够区分网络类别,使用网络各性能指标的含义分析网络性能; 4. 能够解释网络分层的优点,掌握依据TCP/IP 协议划分的五层体系结构划分原理 |
2 |
讲授 (通过对比ARPANET与中国CERNET发展历程,分析网络技术演进中的国家需求驱动,播放《中国互联网30年》纪录片片段) |
目标 1 |
在线学习+平台训练 |
2 |
物理层 |
1. 物理层的基本概念 2. 数 据 通 信 的 基 础 知 识 3. 物理层下面的传 输媒体 4. 信道复用技 术 5. 数字传输系统 6. 宽带接入技术 1. 案例: 2. 量子通信"京沪干线":解析物理层量子密钥分发技术如何保障国家信息安全(结合墨子号卫星实验) 3. 华为海底光缆项目:分析PEACE电缆项目如何打破国际垄断,体现"海洋强国"战略 |
1. 能够解释物理层在数据传输中的作用; 2. 能够建立基本的通信系统模型,并进行简单的分析; 3. 能实操实现超五类网线的制作 ; 4. 理解信道复用 技术及宽带接入技术 |
6 |
讲授、 实操(实物教学:展示国产长飞光纤与进口光纤剖面图对比,讲解G.654.E超低损光纤研发中的技术攻坚) |
目标 2 |
在线学习+平台训练+ 实验一网线制作 |
3 |
数 据 链 路 层 |
1. 使用点对点信道的数据链路层特征、链路层服务(成帧、差错检测、可靠传输) 2. 点对点协议 PPP 3. 使用广播信道的数据链路层、多路访问协议(CSMA/CD、轮询) 4. 以太网与交换机工作原理、扩展的以太 网、高速以太网、其 他类型的高速局域网 案例:北斗三号原子钟:通过星间链路可靠传输案例,展现0.3纳秒同步精度背后的工匠精神 港珠澳大桥车联网:分析ETC系统MAC层协议如何实现99.999%过闸成功率 |
1. 能够利用数据链路及帧的概念对数据链路层的三个基本问题进行分析解释; 2. 能描述 PPP 协议帧的格式,了解字段的作用及实现透明传输的手段; 3. 能够利用帧的格式解释局域网数据链路层及以太网数据链路层的数据传输方式 4. 能熟练运用Wireshark工具进行以太网链路层帧格式协议分析 |
10 |
讲授 |
目标 2、 3 |
在线学习+平台训练+ 实验二windows网络实用工具(网络命令及Wireshark使用)实验三ARP |
4 |
网络层 |
1. 网络层提供的两种服务、 2. 网际协议IP、IP协议(IPv4编址、NAT、子网划分、CIDR) 3. 地址解析协议ARP 4. 网际控制报文协议ICMP、网际组管协议IGMP 5. 路由器工作原理与转发机制、因特网的路由选择协议(路由算法(链路状态、距离向量、BGP)) 6. IP 多播、 虚拟专用网 VPN 和 网络地址转换 NAT、IPv6 案例:IPv6规模部署:解读《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》中的国家网络安全战略 阿里云洛神网络:分析SD-WAN技术如何支撑双11购物节每秒54.4万笔交易(培养技术自信) |
1. 能清楚网络层在数据传输中提供哪些服务 2. 能清楚IP地址在不同网络连接过程中起的作用,可以灵活运用IP地址划分子网和构造超网 3. 能解释IP协议和ARP、ICMP、IGMP的联系 4. 能针对不同场景选择对应的路由协议并进行分析; 5. 能分析VPN及NAT的工作原理 6. 使用网络基本设备,掌握设备性能和配置方法,熟悉WINDOWS环境的TCP/IP协议配置方法 |
14 |
讲授、 实操 |
目标 2、 3 |
在线学习+平台训练+ 实验四 组网 |
序 号 |
教学单元 |
教学内容 (知识点 ) |
学习产出要求 |
推 荐 学 时 |
推荐教 学方式 |
支撑 教学 目 标 |
备注 |
5 |
运输层 |
1. 运输层协议概述、用户数据报协议UDP、传输层控制协议TCP 基本概念 2. 可靠传输的工作原理、 3. TCP报文段的首部格式、 4. TCP可靠传输的实现、 5. TCP的流量控制、TCP 的拥塞控制 6. TCP的运输连接管理 案例:FAST天眼数据传输:解析如何通过UDP协议实现海量射电数据实时传输(服务国家重大科学工程) 新冠疫苗冷链监控:通过TCP重传机制设计,探讨疫苗运输温控数据零丢失保障方案 |
1. 能够分析 UDP 、T CP 的服务方式 2. 能应用停止等待协议及连续ARQ协议分析可靠传输的工作原理 3. 能利用TCP 报文段的首 部格式解释TCP 可靠传输的实现原理; 4. 能利用TCP的滑动窗口机制解释流量控 制、拥 塞控制的工作原理。 5. 能描述TCP 的运输连接建立和释放过程 6. 能使用网络协议分析器软件分析TCP和UDP网络协议 |
12 |
讲授、 操作 |
目标 2、 3 |
在线学习+平台训练+ 实验五 Wireshark分析TCP链接建立与断开、实验六TCP文件传输 |
6 |
应用层 |
1. 域名系统 DNS、 2. 文件 传送协议、远程终端 协议 TELNET、 3. 万维 网 WWW、电子邮件、 4. 动态主机配置协议 D HCP 案例:鸿蒙分布式架构:研究超级终端概念如何践行"万物互联"的科技惠民理念 |
1. 能分析域名系统 DN S的工作原理 2. 能使用文件传送协 议描述传输文件过程中主进程和从属进程的工作步骤 3. 了解万维网 W WW 的应用场景,能分析统一资源定位符在访问互联网资源中的作用 4. 了解电子邮 件传输和读取 原理; 5. 能运用动态主机 配置协议 DHCP |
6 |
讲授、 实验、讨论(数据主权辩论:围绕DNS根服务器分布现状,讨论《全球数据安全倡议》的中国方案) |
目标 3 |
在线学习+平台训练 实验七 使用Wireshark分析HTTP/DNS流量 |
7 |
无线网络与移动网络 |
1. 无线链路特性(隐藏终端、信号衰减) 2. WiFi(802.11)协议与CSMA/CA 3. 移动IP与蜂窝网络架构(4G/5G) |
1. 了解802.11协议的发展历程和基本框架,包括物理层和MAC层的主要功能。 2. 理解CSMA/CA机制的基本原理和工作流程,包括信道监听、退避算法、RTS/CTS帧交换等关键步骤。 3. 能够分析移动IP在支持移动节点在网络间漫游时的有效性,并能够比较其与固定IP地址分配方式的异同。 4. 掌握4G/5G蜂窝网络架构的主要特点和演进趋势,包括网络切片、边缘计算、网络功能虚拟化等关键技术。 |
4 |
讲授 |
目标1 |
|
8 |
网络安全 |
1. 网络安全问题、 2. 两类 密码体制、数字签名、 3. 鉴别、密钥分配 4. 因 特 网 使 用 的 安 全 协 议、 5. 链路加密与端到 端加密、 防火墙 |
1. 清楚两 类 密 码 体 制、数字签名、 鉴别 、 密钥分 配 原理; 2. 能运用因特网使 用的安全协议 ; 3. 能进行防火墙配置 |
6 |
讲授+实验 |
目标 3 |
实验八SSL握手过程分析与Wireshark解密HTTPS流量 |
9 |
新兴技术与课程总结 |
1. 软件定义网络(SDN)与OpenFlow 2. 物联网(IoT)与边缘计算 3. 云计算中的网络虚拟化 |
1. 理解SDN的基本概念,掌握SDN架构的主要组件,包括SDN控制器、SDN应用、SDN交换机/路由器等,并理解它们之间的交互方式。 2. 了解OpenFlow协议的基本原理和工作机制 3. 理解物联网、边缘计算的基本概念 4. 了解的云计算中网络虚拟化的关键技术 |
4 |
讲授 |
目标1 |
|
(二) 教学方法
1.课堂讲授
(1)采用启发式教学,激发学生主动学习的兴趣,培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力,引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。
(2) 在教学内容上,系统讲授计算机网络引论、物理层 、数据链路层 、网络层、运输层、应用层和网络安全等相关知识,使学生能够系统掌握用于解决计算机类、软件工程类专业复杂工程问题的专业基础知识。
(3)在教学过程中采用电子教案、在线视频、平台训练、实验报告、课后编程练习等方式,多媒体教学与传统板书、教具教学相结合,课内和课外相结合,提高课堂教学信息量,增强教学的直观性。
(4)理论教学与工程实践相结合,引导学生应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,采用现代设计方法和手段,进行机构分析、综合与仿真,培养其识别、表达和解决计算机网络相关工程问题的思维方法和实践能力。
2. 实验教学
实验教学是本课程中重要的实践环节,目的是培养学生运用实验方法设计、 创建实践的能力。课程必做实验 8 个,各实验按照实验指导书的要求学生独立或 分组完成,并提交实验报告。
3. 课后练习和拓展阅读
课后练习和拓展阅读包括章节训练和课外编程实践两个环节。章节训练重在巩固课堂教学中涉及的基本概念、理论和方法。课外阅读旨在通过对权威研究报告、统计数据等阅读,进一步提高专业知识掌握能力,拓展知识面。课上、课后练习和编程实践等必做 4-6 次,通过课堂训练及线上教学平台提交完成。
四、考核及成绩评定
(一) 考核内容及成绩构成
课程考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的,以检查学生对各知识 点的掌握程度和应用能力为重要内容,包括平时作业考核、实验和期末考核三个 部分。平时考核采用平时作业、实验、等方式评定学生成绩;期末考核采用笔试评定学生成绩。各课程目标的考核内容、成绩评定方式、目标分值建 议如下:
考核方式在课程目标的比例 |
课程目标 |
考核评定方式(占比) |
总成绩(占比) |
平时作业(A) |
实验(B) |
期末考试(C) |
目标1 |
8(视频观看) |
|
18 |
26 |
目标2 |
12(章章节练习) |
10(实验1-4) |
18 |
40 |
目标3 |
|
10(实验5-8) |
24 |
34 |
按占比合计 |
20 |
20 |
60 |
100 |
考核内容及成绩构成 |
课程目标 |
考核内容 |
考核评定方式 |
课程目标考核成绩占比 |
学生当次考核平均得分 |
目标成绩占当次考核比例 |
目标达成情况计算公式 |
目标 1:能够了解计算机网络基本知识,掌握本课程必需的数学、自然科学、工程基础和专业知识,具备利用计算机网络专业知识结合图论、通信原理等相关内容对实际工程中的网络进行识别、分析并能够建立准确的通信模型的能力。(对应毕业要求指标点 2.2 ) |
因特网的组 成 、计算机 网 络 的 类 别 、计算机 网 络 的 性 能 、计算机 网络的体系 结构 |
平 时 作 业 |
8% |
A1 |
100% 30% |
|
物理层 、数 据链路层 、 网络层 、运 输层基本知 识及使用数 学 、 自然科 学 、工程基 础和专业知 识, 能够用 于解决物联 网领域复杂 工程问题能 力 |
期末考试 |
18% |
C1 |
目标 2:能够利用基本的计算机通信原理、方法和协议,正确采集和整理数据,并对结果进行分析和解释, 获取有效结论实现对复杂网络工程的正确表达。并能够运用交换路由、子网划分等技术,对网络中的工程问题进行分析,并设计方案以解决实际问题。 |
物理层 、数 据链路层 、 网络层 、运 输层 |
平 时 作 业 |
12% |
A2 |
100% |
|
物理层 、数 据链路层 、 网络层 、运 输层 |
实验 |
10% |
B1 |
100% |
物理层 、数 据链路层、网络层 、运 输层 |
期末考试 |
18% |
C2 |
30% |
目标 3: 能够针对物联网工程领域的复杂工程问题,运用网络规划设计方法, 分析、选择恰当 的计算机软硬件技术和工具,规划设计网络系统,对复杂工程问题进行预测与模拟, 实现计算机网络的综合运用。 |
物理层 、数 据链路层 、 网络层 、运 输层 |
实验 |
10% |
B2 |
100% |
|
物理层 、数 据链路层 、 网络层 、运 输层 、应用 层 、 网络安 全 |
期末考试 |
24% |
C3 |
40% |
总评成绩 ( 100%) =平时作业 ( 20%) +实验 ( 20%) + 期末考试 ( 60%) |
100% |
— — |
|
|
(二) 平时考核成绩评定
1. 平时作业:在线视频学习, 支持目标 1 ,占总评分 8%(8分),平台训练,支持 目标 2, 占 12%(12分)。
平时作业由学生自行到网上学习中心完成,教师评阅后给出学生平时成绩。 对应目标的评分标准如下:
对应目标 |
目标 1: 能够了解计算机网络基本知识,掌握本课程必需的数学、自然科学、工程基础和专业知识,具备利用计算机网络专业知识结合图论、通信原理等相关内容对实际工程中的网络进行识别、分析并能够建立准确的通信模型的能力。(对应毕业要求指标点 2.2 ) |
目标 2:能够利用基本的计算机通信原理、方法和协议,正确采集和整理数据,并对结果进行分析和解释, 获取有效结论实现对复杂网络工程的正确表达。并能够运用交换路由、子网划分等技术,对网络中的工程问题进行分析,并设计方案以解决实际问题。 |
考查点 |
计算机网络基础知识、理解实际工程问题的解 决方案。 |
计算机网络通信原理 、方法和协议, 选 用合适的工具和技术分析实验数据, 以 获取有效结论。 |
成绩比例 |
100% |
100% |
评 分 标 准 |
100% 至 90% |
了解计算机基本知识, 对给定读物和课程有深刻理解, 给出专业评述。 |
有综合运用专业理论以及基础知识的能力。 |
89% 至 80% |
了解计算机基本知识, 对给定读物和课程有较好理解, 给出较为专业评述。 |
有运用专业理论以及基础知识的能力。 |
79% 至 70% |
了解计算机基本知识, 对给定读物和课程有理解, 给出评述。 |
基本掌握专业理论、基础知识,综合运用能力一般。 |
69% 至 60% |
基本了解计算机基本知识, 对给定读物和课程有一定理解, 给出一般性评述。 |
基本掌握基础知识,有一定的普通运用能力。 |
59% 至 0 |
计算机基本知识不清楚, 对给定读物和课程理解较差,不能 给出完整评述。 |
掌握专业及基础知识差,综合运用能力欠缺。 |
对应目标 |
目标 2: 能够利用基本的计算机通信原理、方法和协议,正确采集和整理数据,并对结果进行分析和解释, 获取有效结论实现对复杂网络工程的正确表达。并能够运用交换路由、子网划分等技术,对网络中的工程问题进行分析,并设计方案以解决实际问题。 目标 3:能够针对物联网工程领域的复杂工程问题,运用网络规划设计方法,分析、选择恰当 的计算机软硬件技术和工具,规划设计网络系统,对复杂工程问题进行预测与模拟,实现计算机网络的综合运用。(对应毕业要求指标点 5.1 ) |
考查点 |
实验操作内容 |
实验报告 |
成绩比例 |
40% |
60% |
评 分 标 准 |
100% 至 90% |
准确理解相关概念 、能够灵活运用所学知识,根据实验指导书, 快速 、准确完成常见网络命令的使用、网络系统设计;运用仿真软件,规划设计网络 。实验态度认真,操作能力强, 操作 、记录规范,沟通 、协作很好。 |
有很强的总结实验和撰写报 告的能力,实验报告内容完 整、正确,有很好的分析与见解 。文本表述清晰,书写工整, 格式规范。 |
89% 至 80% |
理解相关概念 、能够运用所学知识, 根据实验指导书, 准 确完成常见网络命令的使用 、网络系统设计;运用仿真软件, 规划设计网络 。实验态度认真,操作能力强, 操作、 记录规范,沟通、协作良好。 |
有较强的总结实验和撰写报 告的能力,实验报告内容完 整、正确,有较好的分析与见解 。文本表述较为清晰 ,书写比较工整, 格式规范。 |
79% 至 70% |
理解相关概念 、能够运用所学知识, 根据实验指导书,完 成常见网络命令的使用 、 网络系统设计; 运用仿真软件 , 规划设计网络。实验态度比较认真,操作能力较强,操作、 记录规范,沟通、协作正常。 |
有良好的总结实验和撰写报 告的能力,实验报告内容较 完整 、正确,有自己的分析 与见解。文本表述较为清晰,书写较为工整, 格式较为规 范。 |
69% 至 60% |
基本理解相关概念、能够运用所学知识,根据实验指导书, 完成常见网络命令的使用、网络系统设计;运用仿真软件, 规划设计网络,部分能正常运行 。实验态度一般, 操作能力一般, 操作 、记录基本规范, 有沟通、协作。 |
有一定的总结实验和撰写报 告的能力,实验报告内容基 本完整、正确 。文本表述基本清晰 , 书写基本工整,格式基本规范。 |
59% 至 0 |
动手操作能力差; 操作 、调试不规范, 实验中不能与合作 者进行沟通、协作,不能正确使用仪器设备。 |
总结实验和撰写报告的能力 差,实验报告内容不完整、 错误多。文本表述不清晰 ,书写潦草 、格式不规范。 |
2. 实验: 必做实验 8 次, 支撑目标 2 、3, 共占总评分 20%(20分), 其中目标 2 、3分别占比 10%(10分) 、10% (10分)。对应目标的评分标准如下:
(三) 期末考试成绩评定
课程期末考试为闭卷考试,占总成绩的 60%,支撑目标 1-3,根据课程目标设计相关试题。每次考试试题不同,根据每次考试题目设计试卷评分标准。
参考学习资料
(一)推荐教材1:《计算机网络》(第八版)、ISBN: 9787121411748、谢希仁、电子工业出版社、2021年6月
(二)推荐教材2:《计算机网络: 系统方法》(第六版), 拉里 L.彼得森, 机械工业出版社, 2022, ISBN: 9787111705673
(三)推荐教材3:《计算机网络:自顶向下方法》(第八版), [美] 詹姆斯·F.库罗斯,[美] 基思·W.罗斯著, 机械工业出版社, 2022, ISBN:9787111712367
(四)参考资料1:《计算机网络基础教程:基本概念及经典问题解析》,[美] 纳拉辛哈 . 卡鲁曼希 , 机械工业出版社, 2016, 第 1 版, ISBN:9787111540878
(五)参考资料2:《 TCP/IP 详解卷 1:协议》, [美] 凯文 R.福尔 ( Kevin R. Fall) , 机械工业出版社, 2016, 第 2 版, ISBN: 9787111453833
(六)参考资料3:《计算机网络原理创新教程》,韩立刚,马青,王艳华,韩利辉著,中国水利水电出版社,2017,第 1 版,ISBN:9787517050391
(七)课程资源中心:https://www.xueyinonline.com/detail/241205544